【南方科技大学】MinION测序仪祁连山高海拔冻土微生物群系野外调研
文章发于2018年9月12日
导读
继MinION被带到南极干谷对环境样本进行实时监测；到厄瓜拉多的热带丛林进行新物种的快速鉴定；它又被带上了太空，首次在微重力的环境下完成了DNA测序工作、分析国际空间站中的微生物DNA，并在上周完成了太空首次直接RNA测序。
现在，MinION又跟随南方科技大学夏雨课题组，来到了海拔4000米的祁连山，对高海拔冻土的微生物群系进行实地采样和实时测序。
赶快来追踪夏雨老师组从前方发来的第一手动态资讯！
通过对单一样品中所获取的多种微生物进行基因组分析（通常称为宏基因组分析)，可了解微生物群落的基因组成。然而，不论是环境样品还是疫情爆发的样本，能够在尽可能靠近样品源的实地测序对进行宏基因组分析最有利。传统测序仪器通常笨重、庞大、不易装运，同时需要大量的电脑基础设施和专业人员的精确校准，使得它们难以部署在偏远地区或移动环境中。
为此，科学家们将目光投向了只有USB大小、能够在实验室以外的环境使用，并且可以提供长读长、实时测序的纳米孔测序仪MinION。
在高海拔冻土退化造成的微生物群落功能变化的研究中，MinION测序仪是能最快给我们土壤微生物群落结构的测序方法，我们可以在野外工作站上就完成冻土微生物的测序和初步分析，这些及时的菌群结构解析结果可以有效的指导我们下一步的采样计划。 并且，Nanopore的长序列可以帮助我们对冻土微生物群系的宏基因组进行更有效的组装，以及重要菌群的基因组重构（binning)，这种有效的基因组组装对后续的宏转录组分析十分重要。
”2018年8月31日至9月5日，南方科技大学环境科学与工程学院夏雨老师课题组3名师生到青海省海北藏族自治州祁连山进行高山冻土微生物群系的野外考察工作。本次野外考察的主要任务是探究“全球变暖的环境下，祁连山冰川、冻土退化造成的微生物群落功能变化”。考察期间重点对祁连山顶冰川、冻融坑和红泥沟等区域的水体、沉积物和气体等样品进行采集，同时原位提取样品中微生物总DNA并使用Nanopore进行测序分析。
向祁连山出发
中科院祁连站
整装待发的队员
冰川融化形成的溪流
此次考察从深圳乘飞机到西宁，再从西宁坐汽车向祁连山进发。最终落脚在中科院寒旱所的祁连站，并在站上进行考察样品的处理和存放。队员们从祁连站出发，骑摩托车到祁连山脚下，顺着溪流溯流而上探索路线寻找冰川。经过一个多小时的跋涉，队员们在海拔3500米左右发现一处冻融坑。并在此处进行了样品的采集和分析工作。
冻融坑一瞥
又经过三个多小时的攀爬终于到达了海拔4000米的祁连山山顶。此处正是冰川融化形成溪流的源头，队员们在此过滤源头水样品，并将滤膜保存于保护剂中带回。同时采集了土壤与山顶基岩交汇处的最后一片冻融坑土壤样品。在此我们要特别感谢南方科技大学郑焰老师团队以及中国地质大学（武汉）孙自永老师团队对此次微生物考察的引领和帮助。
冰川融水源头及水样过滤装置。
队员们冒雨采集样品
采样中队员们发现高海拔的冻土存在明显的厌氧消化作用，土壤样品有浓重的硫化氢味道，为第一时间探究冻土中的微生物群系特征，将样品带回祁连站后，队员们立刻进行了样品DNA的提取和纯化工作，并用MinION对高海拔表层冻土样品进行了建库测序，详细过程请观看以下视频：
感谢夏雨老师提供的第一手视频资料。视频为夏雨课题组进行野外采样后，在海拔3000米的中科院祁连站进行文库制备和纳米孔测序。清晰的原版视频可以在文章底部链接夏雨老师课题组博客中观看。
在祁连站使用MinION测序
高山上的移动MinION测序平台
在车上使用MinION测序
为了尽快完成DNA的测序实验，队员们在所有条件允许的情况下使用MinION完成了祁连山冻土微生物DNA的测序。初步实验结果显示，山顶（海拔3976米，土壤温度7℃）的冻融坑中微生物量丰富，使用MinION测序可得到10G左右的fastq数据；而在山腰（海拔3500米，土壤温度10℃）的冻融坑中的微生物量反而较低，DNA提取相当困难，这一有趣的现象需要进一步的数据挖掘。相信本次祁连山野外调研的结果会对认识全球变暖引起的冻土退化对微生物群落功能的影响带来新的见解。
欢迎大家复制链接，移步夏雨课题组的博客，观看更多采样和测序的精彩视频，追踪调研采样的动态：http://www.shuixia100.com/
MinION已被用于测序北极冰川表面、以及澳大利亚希利尔粉红色湖泊的微生物群落，想要了解更多，敬请关注我们接下来几期的内容吧！
延伸阅读
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